Zkoušky dynamické únavy plastů

3.2.1.10 Zkoušky dynamické únavy plastů

Ing. Richard Klement

Plastové díly mohou být vystaveny časově proměnnému dynamickému namáhání, při kterém dochází k porušení materiálu při podstatně menším napětí než při statické zkoušce. Zvláště nebezpečné je zatěžování materiálu takovou cyklickou silou (frekvencí), s níž je namáhaný materiál v rezonanci. Tím vzniká zejména u materiálů s malou útlumovou schopností špičkové napětí, které několikanásobně převyšuje určité mezní dynamické (normální) napětí.

Únava materiálu je proces probíhající v materiálu v důsledku dlouhodobého statického nebo časově proměnlivého namáhání a způsobující, že materiál se poruší při napětích nižších než odpovídá mezi pevnosti zjištěné krátkodobými zkouškami.

Mez únavy je dynamické napětí, kterému odolá zkušební těleso po neomezenou dobu (neomezený počet cyklů). Za mez únavy se obvykle považuje smluvní hodnota pro určitý počet cyklů, např. 10⁶ cyklů.

Časová pevnost je napětí, které poruší zkušební těleso za příslušnou dobu nebo počet cyklů.

Při únavových zkouškách tuhých plastů se používá cyklické namáhání nucenými kmity za takových podmínek, které vedou k destrukci zkušebních těles. Způsob deformace je jednosměrný tah - tlak, ohyb nebo torze. Podle způsobu namáhání může mít cyklické napětí lineární nebo sinusový průběh (nejčastější). Na následujícím obrázku je uveden příklad cyklického namáhání při určitém statickém napětí σ_m, okolo kterého probíhá střídavé namáhání od horního napětí σ_h k dolnímu napětí σ_n. Podobně může zkouška probíhat cyklickým namáháním při určité střední deformaci ε_m, s průběhem od ε_h k ε_n.

Obrázek sinusového průběhu cyklického namáhání:

Střední napětí σ_m nebo střední deformace ε_m jsou dány rovnicemi:

σ_m = (σ_h + σ_n) / 2; ε_m = (ε_h + ε_n) / 2

Velikost kmitu je dána výkmitem (amplitudou) napětí σ_a nebo deformace ε_a podél obou stran středního napětí. Horní napětí σ_h (deformace ε_h) je největší, spodní napětí σ_n (deformace ε_n) je nejmenší hodnota namáhání (deformace) nezávislá na tom, zda namáhání probíhá v tahu nebo v tlaku:

σ_a = (σ_h - σ_n) / 2; ε_a = (ε_h - ε_n) / 2

Dvojnásobná hodnota výkmitu σ_a či ε_a (rozdíl horního a dolního výkmitu) určí rozkmit, tj. rozsah cyklického napětí nebo cyklické deformace:

2σ_a = σ_h - σ_n; 2ε_a = ε_h - ε_n

Mez únavy σ_C je dána rovnicí:

σ_C = σ_m + σ_A,

kde σ_A je mezní výkmit napětí.

Mez časované únavy σ_N je největší výkmit (amplituda) napětí kmitajícího kolem středního napětí σ_m, které zkušební těleso vydrží pro požadovaný počet zatěžovacích cyklů (N). Je dána rovnicí:

σ_N = σ_m + σ_AN,

kde σ_AN je mezní výkmit napětí. U…